畜禽粪便的无害化处理技术

时间：2018-12-19牛羊肉产业网

       1. 饲料化

　　粪便含有一定的营养成分，可作为饲料资源。Ｍanjeli 等在仔猪日粮中添加10％～20％的牛粪对仔猪无不良影响，随牛粪含量增加采食量下降。新鲜粪便中含有残留药物、病原菌、重金属等会影响动物健康。因此粪便需经过一定的处理后代替动物的部分日粮。Ｃaswell 等将粪便在150℃下保持20min，有很好的灭菌效果。Ｍesser 等用环氧乙烷处理鸡粪，同样取得很好的灭菌效果。程文定等用沸石生物处理剂处理畜禽粪便后，各项卫生指标均符合国家有关饲料卫生标准，有效降低饲料成本10.31％ ～12.04％，饲料转化率提高3.73％～5.16％。畜禽粪便不但本身可直接作为饲料，而且可以饲养蛆虫作为饲料资源。用鸡粪饲养的蝇蛆粗蛋白高达61.4％，富含精氨酸、赖氨酸、蛋氨酸等必须氨基酸。

　　畜禽粪便可直接饲喂或经有效处理后饲喂动物。但粪便中的残留药物，重金属等可能引发安全问题。

　　2. 肥料化

　　畜禽粪便是传统的有机肥料，可直接施用和堆肥。堆肥是粪便在微生物的作用下，使有机物矿质化、腐殖化和无害化而变成肥力更好的腐熟肥料的过程。在此过程中，蛋白质的氮、磷被分解成可被植物利用的有效态氮、磷，且产生腐殖质，增加土壤肥力。堆肥能杀灭畜禽粪便中的病原菌、杂草种子等，同时减小粪便体积和降低臭味，便于运输。堆肥过程复杂，受含水量、温度、碳氮比（C/N）、微生物等多种因素影响。

　　① 含水量

　　微生物活动需要适宜的水分维持，粪便含水量会直接影响堆肥过程物理及生物学变化。堆肥的适宜水分在50％～60％。水分高于60％时氧气活动被抑制，微生物活动转为厌氧活动。水分达到70％时，堆肥中温度下降快，微生物活性低，堆肥效果不佳。在堆肥期间，大量水分蒸发，需要适当添加水分湿润堆肥粪便，使水分处于微生物活动所需的最佳含量。

　　② 温度

　　堆肥是温度持续性变化的过程，温度先由常温逐渐升温至一个最高温度，再逐渐下降至常温。温度能显著影响微生物的代谢活动及酶的活性。过低的温度抑制微生物活动，延长堆肥腐熟的时间，而过高的堆温（＞70℃）将对堆肥微生物产生有害影响。堆肥最佳温度一般保持在45℃～55℃，此时粪便中微生物活动旺盛，纤维素、脂肪、木质素等被快速分解。

　　③ 碳氮比C/N

　　C/N是影响堆肥质量的重要因素。微生物活动需要适宜的Ｃ／Ｎ，粪便Ｃ／Ｎ较低而不利于微生物活动，如猪粪的C/N 只有11.3，并不能满足堆肥需要。所以需要额外添加锯末、木屑等调节C/N值。一般C/N在25～30较好。Ｇao等在鸡粪好养堆肥中添加锯末，结果显示C/N为28时55℃以上的高温期能持续3ｄ，种子发芽指数达94％，C/N低的处理组效果不佳。黄国锋等在猪粪中添加木屑使C/N达到29时最好，比C/N为16时的堆肥早14ｄ腐熟。但过高的C/N会使温度上升缓慢，降低堆肥的最高温度且使高温期缩短，影响堆肥品质。

　　④ 微生物

　　仅由粪便土著微生物堆肥，周期长且养分损失大，堆肥效率低，而在堆肥过程中添加微生物制剂能促进堆肥腐熟，降低养分损失，提高粪便肥力。Liu 等将微生物接种至牛粪堆肥后，堆肥过程快于自然堆肥，堆肥的效果优于自然堆肥。Wang 等用能降解纤维素的青霉菌堆肥后，粪便腐殖质增加12％，纤维素分解增加57.5％。孙晓华等在猪粪发酵中添加纤维素分解菌黑曲霉，有利于快速分解有机物的有益菌种形成优势群落，显著提高发酵温度，加快腐熟。

　　肥料化是一种传统的使用畜禽粪便的方法。目前我国的畜禽粪便主要是直接还田。由于集约化养殖的发展，局部地区产生了大量的畜禽粪便，超出周围耕地的负荷。多余的粪便堆肥后，经包装运输至粪便产生少的地区，可大大缓解畜禽粪便引发的环境问题。但粪便堆肥周期长，占用一定的土地资源。

　　3. 能源化

　　能源化是将畜禽粪便通过一定的技术方法转化为可利用的能源，包括燃烧产热、厌氧发酵产气等。

　　① 燃烧产热

　　畜禽粪便具有很高的热值，可直接燃烧获取热能。长期以来在高寒缺能的牧区粪便是主要的燃料。牦牛粪是我国西藏牧区主要的生活能源，占能源总消费的80％以上。畜禽粪便碳化后无异味易储存，也可作为燃料使用。畜禽粪便碳化后进一步加工为活性炭后对重金属的吸附作用优于市售活性炭。

　　② 厌氧发酵产气

　　畜禽粪便厌氧发酵生产沼气的潜力巨大，2009年我国畜禽粪便沼气潜力约1200×108 ｍ3，规模化养殖畜禽粪沼气潜力约为472.1×108 ｍ3 。将畜禽粪便用于厌氧发酵沼气是一种有效的能源化方法。厌氧发酵一般分为四个阶段：水解阶段、产酸阶段、乙酸化脱氢阶段、产甲烷阶段。每一个阶段均由相应的微生物完成，所以能够直接或间接地影响微生物活动的因素都能影响厌氧发酵过程。如原料成分、温度、pH、微生物等。

　　原料成分

　　原料成分影响微生物的生长，主要包括脂类、蛋白质及纤维素。脂类物质能为厌氧发酵提供大量的Ｃ和Ｈ而利于甲烷生成。Ｎeves 等研究显示，厌氧发酵中一定量的油脂有利于产气，但高油脂含量时对产气有很强的抑制作用。油脂含量高时，产生大量挥发性脂肪酸（VFA）和长链脂肪酸。而高浓度挥发性脂肪酸会抑制甲烷产生，同时降低发酵的pH，不利于微生物活动而抑制甲烷产生。长链脂肪酸的积累对微生物有毒性作用。蛋白质可降解为氨。当氨积累至高水平时抑制厌氧发酵过程。纤维素主要影响原料的C/N比而影响微生物的生长活动。畜禽粪便中的C/N比较低，实际中需加入农作物秸秆等以调节C/N比。厌氧发酵的适宜C/N比为20～30。大量研究表明，仅用畜禽粪便制取甲烷的效果并不好，产气量低，可能是因为粪便本身C/N过低。加入高碳含量的原料共同发酵，如粗甘油、农作物秸秆等，均能显著增加甲烷产量。

　　温度

　　根据发酵温度，厌氧发酵可分为高温厌氧发酵（50～60 ℃）、中温厌氧发酵（30～40℃）和低温厌氧发酵（＜30℃）。高温厌氧发酵最适温度为50～55℃，中温厌氧发酵最适温度为32～38℃。一般高温与中温适合微生物活动而有利于甲烷产生。所以高温和中温条件研究较多，低温条件研究相对较少。低温厌氧发酵的一些相关研究也取得了一定的成功。

　　pH

　　pH是厌氧发酵的关键影响因素，主要通过影响水解作用和产酸的微生物菌群。由于发酵底物的成分有所差异，所以厌氧发酵的最佳pH有一定的变化。厌氧发酵适宜pH为6.5～7.5。Ｚhai 等用鸡粪和牛粪混合发酵产生甲烷，最适初始pH 为7.5。Kim 等认为pH为6.5时厌氧发酵的水解与产酸达到最佳。Zhang 等用猪粪与玉米秸秆混合高温发酵，最大产气量的pH为6.81。厌氧发酵过程中，CO2和VFA的积累会降低pH从而抑制甲烷产生。

　　微生物

为了提高厌氧发酵效率，增加产气量，会对发酵底物进行预处理，包括机械处理、热处理及化学处理，但运用合适的微生物制剂也可取得显著的效果。甲烷的产生需要大量Ｃ和Ｈ。在厌氧发酵中，加入促进Ｃ和Ｈ 释放的微生物会显著提高降解率和产气量。Baji 等在猪粪厌氧发酵中添加产氢细菌使沼气产量增加160％～170％以上。Wei 等在厌氧发酵中使用半纤维素分解菌时，甲烷产量增加了53％。甲烷的生产是由产甲烷的细菌完成，加入产甲烷的菌剂可加快甲烷生成。王渝昆等运用产甲烷复合菌剂，可显著增加甲烷和沼气产量，并缩短了启动时间。

            本文摘自中国肉类机械网